Thiết kế cầu trục 25 tấn xe con mang hàng (bản vẽ + thuyết minh)

Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU TRỤC 2 I.Khái quát .2 II.Cầu trục một dầm 2 III.Cầu trục hai dầm 3 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BỘ MÁY DI CHUYỂN XE CON MANG HÀNG CỦA CẦU TRỤC . 6 I.Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con .6 II.Thiết kế bánh xe và ray .6 III.Chọn động cơ điện .9 1.Tính sơ bộ: 9 2.Tỷ số truyền chung .10 3.Kiểm tra động cơ điện về mô men mở máy: .11 IV.Tính toán và chọn phanh 13 1.Tính phanh 13 2.Kiểm tra hệ số an toàn của phanh: .14 3.Kiểm tra gia tốc hãm khi có vật .14 V.Tính toán bộ truyền .14 VI.Các bộ phận khác của cơ cấu di chuyển xe con 15 1.Trục bánh dẫn .15 2.Ổ đỡ trục bánh xe .19 3.Chọn khớp nối: .20 TÀI LIỆU THAM KHẢO .21 1 Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẦU TRỤC I. Khái quát Cầu trục là loại máy trục có kết cấu giống chiếc cầu có bánh xe lăn trên đường ray chuyên dụng, nên còn gọi là cầu lăn. Nó được sử dụng phổ biến trong hầu hết các nghành kinh tế quốc dân, và quốc phòng để nâng và vận chuyển vật nặng trong các phân xưởng và nhà kho; cũng có thể dùng để xếp dỡ hàng. Cầu trục có thể được trang bị móc câu, cơ cấu nam châm điện, hoặc gầu ngoạm tùy theo dạng và tính chất của vật nâng. Theo dạng kết cấu thép của cầu trục người ta chia ra: cầu trục một dầm và cầu trục hai dầm. Các bộ máy của cần trục có thể được dẫn động bằng tay hoặc động cơ điện dùng mạng điện công nghiệp. Cầu trục được điều khiển do người lái chuyên nghiệp từ trong cabin treo ở trên một đầu con lăn. Trong trường hợp dùng palang điện làm cơ cấu nâng có thể điều khiển từ mặt đất nền qua hộp nút bấm điều khiển. Trong trường hợp này không cần người lái chuyên nghiệp. Các thông số cơ bản của cầu trục là: sức nâng tải Q, khẩu độ l, chiều cao nâng H, vận tốc làm việc của các bộ máy và chế độ làm việc của các bộ máy của cấu trục. Với sức nâng nhỏ của từ 1 – 5 tấn, khẩu độ ngắn l = 5 – 17 m và chế độ làm việc nhẹ; thường với cầu trục một dầm. Các cầu trục hai dầm công dụng chung có thể có chế độ làm việc nhẹ, trung bình hoặc nặng, sức nâng từ 5 – 300 tấn, khẩu độ làm việc l = 10 – 35 m.Các cầu trục dùng để lắp ráp các thiết bị trong công nghiệp thiết bị thủy điện lớn có thể có sức nâng đến 300 tấn.Vận tốc nâng hạ ở cầu trục thường dùng là 8 – 20m/phút, vận tốc di chuyển xe con 10 – 50m/ph, vận tốc di chuyển cầu trục là 40 – 150 m/ph. II. Cầu trục một dầm Cầu trục một dầm là loại máy trục kiểu cầu chỉ có một dầm chữ I, xe con treo pa lăng di chuyển trên cánh dưới của dầm chữ I, toàn bộ cầu trục có thể di chuyển dọc theo nhà xưởng trên đường ray chuyên dùng ở trên cao. Tất cả các cầu trục một dầm đều dùng pa lăng đã được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để làm cơ cấu nâng hạ hàng. Nó được trang bị Pa lăng kéo tay hay còn gọi là càu trục một dầm dẫn động băng tay, nếu được trang bị pa lăng điện còn gọi là cầu trục một dầm dẫn động điện. Cầu trục một dầm dẫn động bằng tay có kết cấu đơn giản và rẻ tiền nhất, nó đcượ sử dụng trong công việc phục vụ sửa chữa, lắp đặt thiết bị với khối lượng công việc ít. Sức nâng của cầu trục loại này thường 0,5 – 5 tấn, tốc độ làm việc chậm. 2 Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển Cầu trục một dầm dẫn động điện được trang bị pa lăng điện, sức nâng đến 10 tấn, khẩu độ đến 30 m, gồm có: bộ phận cấp điện lưới 3 pha, trục truyền động, động cơ, hộp giảm tốc dẫn động cơ cấu di chuyển, dàn ngang tăng cường độ cứng ngang, móc câu, cabin điều khiển. Để làm dầm chính, bộ phận chịu tải của kết cấu thép cầu trục một dầm, thường dùng thép cán định hình tiết diện chữ I; kích thước dầm tùy thuộc sức nâng và khẩu độ, sao cho đảm bảo độ bền và độ cứng yêu cầu, đồng thời phải đảm bảo đặt lọt bánh xe cụm di chuyển pa lăng điện. Đối với cầu trục điện, ngoài độ cứng theo phương đứng còn phải đảm bảo độ cứng ngang. Khẩu độ lớn phải có dàn ngang. III. Cầu trục hai dầm 3 H×nhII-2.1 Lo¹i cÇu trôc hai dÇm d¹ng hép Hình 1: Cầu trục một dầm Hình 2: Cầu trục hai dầm 4 5 2 6 1 3 Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển Kết cấu tổng thể của cầu trục hai dầm: gồm có dầm hoặc dàn chủ, hai dầm chủ liên kết với hai dầm đầu, trên dầm đầu lắp các cụm bánh xe di chuyển, bộ máy dẫn động di chuyển. Bộ máy dẫn động di chuyển sẽ làm cho các bánh xe quay và cầu trục di chuyển theo được ray chuyên dùng đặt trên cao dọc nhà xưởng, hướng chuyển động của cầu trục phụ thuộc chiều quay của động cơ điện. Xe con mang hàng di chuyển di chuyển dọc theo đường ray ghép trên hai dầm (dàn) chủ. Trên xe con đặt các bộ máy của tời nâng, bộ máy di chuyển xe con, các day cáp điện có thể co dãn phù hợp với vị trí xe con và cấp điện cho các động cơ trên xe con. Các bộ máy của cầu trục thực hiện được 3 chức năng: nâng hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cầu trục. Sức nâng của cầu trục hai dầm thường trong khoảng 5 – 30 tấn, khi có yêu cầu riêng có thể lên tới 500 tấn. Ở cầu trục có sức nâng lớn trên 10 tấn, thường được trang bị hai tời nâng cùng với hai móc câu chính và phụ, tời phụ thường có sức nâng bằng 1/4 sức nâng tời chính nhưng tốc độ lớn hơn. Bộ máy di chuyển cầu trục có nhiều phương án kết cấu nhằm đảm bảo cầu trục di chuyển đều ở cả hai bên vì khẩu độ của dầm chủ tương đối lớn, có thể đạt tới 35m, dễ xảy ra hiện tượng xiên lệch giá cầu khi di chuyển. Để hạn chế độ xiên lệch, kết cấu thép của cầu trục, giá cầu và khung xe con phải có độ cứng vững cao ở cả hai phương, phương thẳng đứng và phương nằm ngang. Có 3 phương án bố trí kết cấu bộ máy di chuyển cầu trục theo sơ đồ dưới đây: 4 Hình 3: Sơ đồ di chuyển dẫn động chung trục truyền dài ở cấp chậm 123 123 Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển Với khẩu độ nhỏ có thể dùng sơ đồ với trục truyền dài quay chậm (hình 3). Ở dây động cơ một là nguồn dẫn động chung, nối với hộp giảm tốc 2, truyền mô men xoắn đến các bánh xe 5 nhở trục truyền động 3, trục này được chế tạo thành nhiều đoạn nối với nhau bằng các khớp nối trục 4 và được đỡ bởi các ổ trục trung gian, phanh 6 là phanh hai guốc thường đóng. Loại này dùng khi khẩu độ nhỏ. Với khẩu độ lớn trên 15m ta dùng phương án trục truyền động dài ở cấp quay nhanh (hình4). Trục dài 2 truyền mô men quay từ hai đầu ra của động cơ đến các bánh xe thông qua hai hộp giảm tốc 3 ở hai bên. Với cùng một công suất thì phương án này trục truyền sẽ nhỏ hơn, tuy nhiên yêu cầu lắp ráp và cần bằng động trục cao. Bộ máy di chuyển cầu trục dẫn động độc lập (hình 5). Mỗi cụm bánh xe chủ động có một động cơ riêng 1, phanh 2 và hộp giảm tốc 3, giữa hai cụm bành xe không có liên kết cơ khí. Trong hệ thống này có hiện tượng tự động san tải giữa các động cơ điện. Cơ cấu này được sử dụng rộng rãi hiện nay. 5 Hình 4: Sơ đồ di chuyển dẫn động chung trục truyền dài ở cấp nhanh Hình 5: Sơ đồ di chuyển dẫn động riêng 4 5 2 6 1 3 Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển Cầu trục thường được sử dụng trong nhà xưởng, phải đảm bảo nó di chuyển thanh thoát không bị va quệt vào các bộ phận của nhà xưởng. Để đảm bảo an toàn người ta quy định các kích thước giới hạn của các phần nhô ra của nhà xưởng so với cầu trục. ______________________________ CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BỘ MÁY DI CHUYỂN XE CON MANG HÀNG CỦA CẦU TRỤC Các thông sô cơ bản:  Tải trọng: 25 tấn  Trọng lượng xe con: 3 tấn  Vận tốc di chuyển: 20m/ph  Chế độ làm việc: nhẹ I. Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con Sơ đồ cơ cấu di chuyển dưới đây là sơ đồ thường dùng nhất với xe con hiện nay. Theo sơ đồ này bánh xe 5 được kẹp chặt trên trục chậm của bộ truyền. Trục của bánh xe nối với trục ra của hộp giảm tốc 3 bằng các khớp nối 4, không hoặc có qua đoạn trục nối giữa. Loại khớp nối thường dùng là khớp răng. Trục vào của hộp giảm tốc nối với động cơ bằng khớp nối, trên đó có bố trí tang phanh. Như vậy các bộ phân của cơ cấu được chế tạo riêng thành từng cụm, tiện lợi trong chế tạo. Bộ truyền được thự hiện dười dạng hộp giảm tốc đặt đứng, kín chống bụi bẩn. II. Thiết kế bánh xe và ray Xe con di chuyển trên dầm cẩu trục nhờ các bánh xe hình trụ hay hình côn. Để đảm bảo an toàn thì thường dùng bánh xe có hai thành bên để xe con mang hàng không bị trượt khỏi đường ray. Khoảng cách hai mép trong thành bánh xe làm rộng hơn để tránh lực ma sát lớn 6 Hình 6: Sơ đồ cơ cấu di chuyển xe con Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển giữa thành bánh và mặt bên của ray. Bánh xe hình trụ được sử dụng rộng rãi nhất, dễ chế tạo xong không có khả năng tự định tâm. Ngày nay do công nghệ chế tạo ngày càng chính xác nên vấn đề tự định tâm cho bánh hình trụ không còn quan trọng nữa. Do vậy để chế tạo, lắp lẫn giữa các bánh xe ta dùng cả bốn bánh hình trụ giống nhau, có thành bên, vật liệu chế tạo là thép 55∏ , bề mặt làm việc được nhiệt luyện vời độ rắn HB = 300 – 400, bề dầy 1,5mm. Theo tiêu chuẩn ta chọn sơ bộ bánh xe như sau: Đường kính bánh xe: D bx = 470 mm Đường kính ngõng trục: d = 100 mm Bề rộng bánh xe không kể thành bên: b = 100 mm Căn cứ kích thước bánh xe theo tiêu chuẩn ΓOCT3569-60, tương ứng với D bx = 470 mm chọn ray là thép vuông 85x85 để làm ray đặt trên cầu cho xe lăn. Tải trọng tác dụng lên bánh xe: bánh bố trí với khoảng cách (nhịp cẩu) L = 2500 mm và khoảng cách trục là 2000mm, tải trọng tác dụng lên các bánh xe gồm có trọng lượng bản thân cầu Gc = 120000 N, trọng lượng vật nâng Q = 500000 N. Trọng lượng bản thân xe con phân bố đều trên các bánh. Khi không có vật nâng các bánh xe chịu tải ít nhất Pmin: P min = 0,25 G o = 0,25.30000 = 7500(N). Đề bài giả thiết rằng trọng tâm của lực đặt ở giữa xe con nên khi có tải trọng thì tải trọng này cũng phân bố đều trên các bánh, khi đó tải trọng lớn nhất sẽ là: P max = P min + 0,25Q = 7500 + 0,25.250000 = 70000 (N) Tải trọng tương đương lên bánh xe, công thức (3-56) trong sách tính toán máy trục: 7 Hình 7: Sơ đồ để xác định tải trọng tác dụng lên bánh xe Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển P bx = γ.k bx .P max (N) Trong đó: γ = 0,8 hệ số tính đến sự thay đổi tải trọng được xác định theo công thức (3-65) với tỷ số Q/G o = 25/3 (bảng 3-13). k bx = 1,2 hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu, xác định theo bảng 3-12 Vậy: P bx = 0,8.1,2.70000 = 67200 (N). Sức bền dập của bánh xe được kiểm tra theo sơ đồ hình 7. Bánh xe được chế tạo bằng thép đúc, để đảm bảo lâu mòn vành bánh được tôi đạt độ cứng HB 300 – 400. Do bánh xe ta chọn tiếp xúc với ray theo trạng thái đường và vật liệu bằng thép nên ta kiểm tra bền dập theo công thức (2-67): Trong đó  P bx –Tải trọng tính toán lên bánh xe.  B, r – Chiều rộng mặt làm việc và bán kính bánh xe (mm)  E - mô đun đàn hổi tương đương, N/mm 2 . Do bánh xe chọn là thép nên E = 2,1.10 5 N/mm 2 . Do đó ta có: σ d = 190. 235.100 67200 =320 (N/mm 2 ) Vật liệu chế tạo bánh xe là thép 55∏, có độ cứng HB 300 – 400 và ứng suất dập cho phép [σ] d = 750 (N/mm 2 ). Vậy σ ≤ [σ] d thỏa mãn độ bền dập của bánh xe do đó kích thước bánh xe chọn là an toàn. 8 Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển III. Chọn động cơ điện 1. Tính sơ bộ: Vì trọng lượng của máy trục thường lớn nên mô men cản động lớn, do đó động cơ của bộ máy này phải có công suất đủ lớn và mô men mở máy cao để có đủ mô men khởi động trong thời gian cho phép. Do vậy ta phải chon công suất động cơ lớn hơn hoặc bằng công suất tĩnh yêu cầu tức là công suất để động cơ làm việc ở tốc độ ổn định. Lực cản tĩnh chuyển động của xe con bao gồm lực cản ma sát, lực cản độ dốc đường ray. Thành phần lực cản gió ở đây không có vì làm việc trong nhà. Động cơ điện cơ cấu di chuyển chọn theo công suất tĩnh khi chuyển động ổn định với vật nâng trọng lượng danh nghĩa, cường độ làm việc CĐ 15%. Công suất của động cơ được tính theo công thức (3-10): Trong đó: W t - là tổng cản tĩnh khi chuyển động ổn định, N Ta có: W t = k t .W 1 + W 2 (N) Với: W1: là lực cản chuyển động do ma sát, công thức (3-40): Tra bảng chọn: Hệ số ma sát lăn của bánh xe: µ = 0,3 Hệ số ma sát trong ổ trục bánh xe: f = 0,02(ổ nón) W 1 =(30000 +250000) 500 100.02.03,0.2 + =1360 (N)  k t – hệ số kể đến lực cản do ma sát thành bánh lấy theo bảng (3-6) với tỷ số L/B = 2500/2000 = 1,25 nên k t được chọn là k t = 2,05 9 Thiết kế môn học: Máy Nâng Vận Chuyển Lực cản do độ dốc đường ray: W 2 = α.(G o + Q) (N) Với α = 0,002 độ dốc đường ray lấy theo bảng (3-9): W 2 = 0,002.(30000 + 250000) = 560(N) Do đó ta có tổng lực cản tĩnh khi chuyển động là W t = k t .W 1 + W 2 = 2,05.1360 + 560 = 3348 (N) Công suất tĩnh yêu cầu với động cơ điện là: N t = 100.60. . dc vWt η = 85,0.100.60 10.3348 =1,54 (kw) Với η dc = 0,85 hiệu suát cơ cấu di chuyển, tra theo bảng (1-9). Tương ứng với chế độ làm việc nhẹ CĐ = 15 %, sơ bộ chọn động cơ điện MT 11-6 có đặc tính sau:  Công suất danh nghĩa: N dc = 2,7 Kw  Số vòng quay danh nghĩa: n dc = 855 (v/ph)  Hế số quá tải: M max /M đm = 2,3  Mô men vô lăng  Khối lượng m dc = 90 kg 2. Tỷ số truyền chung Số vòng quay cần thiết để đảm bảo vận tốc di chuyển của xe là: Tỷ số truyền chung cần với bộ truyền cơ cấu di chuyển: 10 . với cầu trục. ______________________________ CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BỘ MÁY DI CHUYỂN XE CON MANG HÀNG CỦA CẦU TRỤC Các thông sô cơ bản:  Tải trọng: 25 tấn. trí xe con và cấp điện cho các động cơ trên xe con. Các bộ máy của cầu trục thực hiện được 3 chức năng: nâng hạ hàng, di chuyển xe con và di chuyển cầu trục.